As curvas exibidas na Figura 22 são provenientes dos ensaios que ocorreram a uma
temperatura de aproximadamente 25°C e com aquecimento promovido pelo soprador térmico.
A temperatura atingida com o soprador térmico foi de 90°C (acima da Af), sendo esta inferior
à máxima obtida devido à perda de calor causada pela distância entre o soprador e o fio.
Figura 22 – Curvas tensão-deformação resultantes dos ensaios de tração do fio de NiTi à
temperatura ambiente e aquecido pelo soprador térmico.
Fonte: Autoria própria (2015)
O ponto A indica material sem carregamento. Para a curva com aquecimento, com
uma temperatura de aproximadamente 90°C, o material está totalmente austenítico, no qual
permanece durante o trecho A-B, sendo que neste intervalo de deformação, a tensão causa
apenas deformações elásticas na austenita. A partir do ponto B, a tensão (530 MPa) é
suficiente para iniciar a transformação da MIT. Contudo, a tensão não é suficientemente
grande para que o material passe totalmente do estado austenítico para o martensítico indicado
no trecho B-C. Neste, possivelmente as duas fases coexistem com predominância da fase
austenita. No ponto C, a tensão (850 MPa) atinge um nível em que a temperatura não é
suficientemente alta para impedir a indução da transformação martensítica no restante do
material, que ocorre no trecho C-D de inclinação relativamente pequena indicando
deformação com tensão quase constante. A partir do ponto D, possivelmente o material está
totalmente martensítico, ocorrendo um rearranjo das variantes da MIT e o principal
mecanismo de deformação é a distorção elástica da martensita desgeminada, seguindo até o
ponto E, no qual é atingido um nível de tensão suficiente para que se inicie a deformação
plástica da martensita. A uma tensão de aproximadamente 1460 MPa inicia-se uma região de
inclinação relativamente pequena, indicativo da estricção, na curva e a continuidade da
deformação resulta na ruptura do corpo de prova (ponto F).
Para a curva sem aquecimento, a fase é predominantemente austenítica no ponto A
com presença da fase martensita. No decorrer do trecho A-B, a tensão causa apenas
deformações elásticas na austenita. A partir do ponto B, a tensão (380 MPa) é suficientemente
grande para iniciar a nucleação da MIT. Observa-se que a mudança da fase austenita para a
martensita resulta em um alongamento e que a fração volumétrica de martensita aumenta sob
tensão aproximadamente constante (platô B’-C’). Possivelmente, nesse trecho as duas fases
coexistem e ocorre um rearranjo das variantes da MIT. A partir do ponto C’, um aumento na
deformação requer um aumento na tensão. Inicialmente, o mecanismo principal de
deformação é possivelmente a distorção elástica da martensita desgeminada, seguindo até o
ponto D’, no qual é atingido um nível de tensão suficiente para que se inicie a deformação
plástica da martensita. E na tensão de aproximadamente 1445 MPa inicia-se uma região de
inclinação relativamente pequena na curva, onde deve iniciar a estricção, e a continuidade da
deformação resulta na ruptura do corpo de prova (ponto E’). Indicando que apesar de
condições de temperaturas diferentes o material apresenta um limite de resistência (antes da
estricção) similar, com variação na deformação final.
Na Figura 23 estão mostradas as curvas obtidas por meio dos ensaios cíclicos
(carregamento e descarregamento) à temperatura ambiente.
Figura 23 – Curvas tensão-deformação resultantes dos ensaios de carga e descarga do fio de
NiTi à temperatura ambiente.
Fonte: Autoria própria (2015)
Os ensaios da Figura 23 foram realizados a uma temperatura de aproximadamente
25°C. O material está inicialmente no estado predominantemente austenítico e no decorrer do
trecho A-B sofre somente deformações elásticas da austenita. A partir do ponto B, a tensão
(380 MPa) é suficientemente grande para iniciar a nucleação da MIT promovendo uma
deformação a tensão constante (platô B-C). As duas fases, possivelmente, coexistem neste
trecho e ocorre um rearranjo das variantes da MIT. A partir do ponto C até o ponto D, o
principal mecanismo de deformação é provavelmente a distorção elástica da martensita
desgeminada. A partir do ponto D, ocorre um descarregamento. No trecho D-E, há a
predominância da martensita desgeminada, obtendo a recuperação da distorção elástica da
martensita transformada até atingir a tensão de 200 Mpa. E a partir da descarga da tensão de
um valor crítico (ponto E), o material passa a transformar-se de volta em austenita. Essa
transformação reversa resulta em um novo platô de tensão (E-F), no qual possivelmente
coexistem martensita e austenita. Nesse trecho, ocorre um encurtamento do corpo de prova.
No ponto F, o material retorna à fase austenítica e o descarregamento posterior segue o trajeto
F-A. Pode-se observar que o fio recupera a sua forma original, apesar de ter sido submetido a
vários ensaios de carregamento e descarregamento, indicando estabilidade termomecânica.
As curvas mostradas na Figura 24 são provenientes de ensaios cíclicos que ocorreram
a uma temperatura de aproximadamente 90°C no carregamento, e com descarregamento à
temperatura ambiente. O material, que está inicialmente no estado austenítico, permanece
assim durante o trecho A-B e sofre apenas deformações elásticas na austenita. A partir do
ponto B, apesar da temperatura estar elevada, a tensão (450 MPa) é suficientemente grande
para iniciar a nucleação da MIT. Contudo, verifica-se uma maior dificuldade para que ocorra
totalmente a transformação da fase austenita para a martensita, devido a temperatura elevada,
sendo isso observado pela inclinação relativamente maior no trecho B-C. As duas fases,
possivelmente, coexistem neste trecho. A partir do ponto C até o ponto D, o principal
mecanismo de deformação é provavelmente a distorção elástica da martensita desgeminada. A
partir do ponto D ocorre um descarregamento. No trecho D-E, há a predominância da
martensita desgeminada, obtendo a recuperação da distorção elástica da martensita
transformada até uma tensão de 380 MPa. A transformação reversa ocorre no trecho do platô
E-F, no qual ocorre um encurtamento do corpo de prova até o ponto F, onde material retorna à
fase austenítica e o descarregamento subsequente segue o trajeto F-A. Pode-se observar que o
fio recupera a sua forma original, apesar de ter sido submetido a vários ensaios de
carregamento e descarregamento.
Figura 24 - Curvas tensão-deformação resultantes dos ensaios de carregamento a uma
temperatura acima da Af e descarga a temperatura ambiente do fio de NiTi.
Fonte: Autoria própria (2015)
Os ensaios que resultaram nas curvas mostradas na Figura 25 foram realizados à
temperatura ambiente no carregamento e a uma temperatura de aproximadamente 90°C no
descarregamento. Do ponto A ao ponto D, é apresentado o mesmo comportamento descrito
anteriormente para o fio ensaiado à temperatura de 25°C, mostrado na Figura 23. E a partir do
ponto D, ocorre um descarregamento aquecido à temperatura acima de Af, induzindo a uma
porção de transformação reversa, instantaneamente, no decorrer do intervalo D-E. Com o
aquecimento, a transformação reversa para a fase austenita é iniciada durante o trecho do
platô E-F, onde é observada uma menor faixa de deformação com pouca variação de tensão.
No trecho F-G, o material finaliza a transformação reversa retornando à fase austenítica de
forma mais rápida indicado por uma maior inclinação da curva de descarregamento.
Retornando ao Ponto A com a forma original recuperada, apresentando uma ótima
estabilidade apesar de ter sido submetido a vários ensaios de carregamento e
descarregamento.
Figura 25 - Curvas tensão-deformação resultantes dos ensaios de carga e descarga do fio de
NiTi a uma temperatura acima da Af no descarregamento.
Fonte: Autoria própria (2015)
Na Figura 26, estão apresentadas as curvas provenientes de um ensaio cíclico que
ocorreu a uma temperatura Af durante todo o ensaio de carga/descarga.
Figura 26 - Curvas tensão-deformação resultantes dos ensaios de carga e descarga do fio de
NiTi a uma temperatura acima da Af durante todo o ensaio.
Fonte: Autoria própria (2015)
Entre os pontos de A a D o material apresenta um comportamento similar ao descrito
na Figura 24. A partir do ponto D, há um descarregamento com uma inclinação acentuada no
qual a fração volumétrica da austenita aumenta na transformação reversa até o ponto E, e no
trecho E-F, ocorre um aumento da inclinação da curva indicando uma maior rapidez na
transformação reversa (menor deformação e maior variação de tensão). E, por fim, no ponto
F, o material está totalmente austenítico ocorrendo o descarregamento elástico, subsequente,
no trecho F-A com alta estabilidade no decorrer dos vários ensaios de carregamento e
descarregamento.
6 CONCLUSÕES
Com a obtenção dos fios e por meio dos ensaios de Fluorescência de Raios-X, DSC,
Resistividade Elétrica, assim como de tração e ciclagem termomecânica realizados nos fios de
NiTi, pode-se concluir que:
A liga NiTi estudada é do sistema Ni-Ti-Fe-Cr, visto que a composição química indica
um percentual considerável desses elementos;
Os ensaios de Resistividade e DSC apresentaram valores diferentes entre as
temperaturas de transformação, contudo as temperaturas de Af obtidas nos dois
ensaios não apresenta um valor tão discrepante, com uma diferença de apenas 1,15°C
e que permite uma boa avaliação do comportamento das curvas obtidas nos ensaios de
tração e ciclagem termomecânica;
Apesar das condições de temperatura nos ensaios de tração serem distintas para os
dois fios – o que promove um comportamento diferente da curva durante a
transformação de fases – ambos apresentam um limite de resistência similar, sendo
1460 MPa e 1445 MPa para os fios ensaiados a 90ºC e 25ºC, respectivamente. Essa
semelhança permite a aplicação desse material em diferentes temperaturas sem que
haja comprometimento no limite de resistência;
No ensaio de tração realizado a 25ºC, as tensões aplicadas são contínuas durante a
mudança da fase austenita para a martensita, exibindo grandes deformações elásticas,
o que permite um maior ajuste do fio em relação aos braquetes sem variação da
tensão;
Nos ensaios de ciclagem termomecânica, apesar de os fios serem submetidos a vários
ensaios de carregamento e descarregamento, observa-se que eles recuperam totalmente
a sua forma original após o descarregamento, indicando estabilidade termomecânica.
Isso permite uma maior deflexão do fio, sem que ocorram deformações permanentes.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 6892-1:2013:
Materiais metálicos – Ensaio de Tração Parte 1: Método de ensaio à temperatura
ambiente. Rio de Janeiro: ABNT, 2013.
ASTM – American Society for Testing Materials. ASTM E8 / E8M - 16a - Standard Test
Methods for Tension Testing of Metallic Materials. In: Book of Standards Volume: 03.01,
2016.
ANTUNES SOUZA, A. C. R. Características Estruturais e Propriedades Mecânicas de
Fios Ortodônticos de Níquel-Titânio. 2006. 158p. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Metalúrgica e de Minas) - Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais -
MG, 2006.
CALLISTER, William D. Jr.; RETHWISCH, David G. Ciência e engenharia de materiais:
um introdução, 8.ed. USA: Wiley, 2010.
FERREIRA, F. V. Ortodontia: Diagnóstico e planejamento clínico. 5.ed. São Paulo: Artes
Médicas, 2002, p.361-398.
FIGUEIREDO, A. M. G. Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas
superelásticas de NiTi. 2006. 210p. Tese (Doutorado em Engenharia Metalúrgica e de
Minas) – Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, Minas Gerais.
2006.
GARCIA, Amauri; SPIM, Jaime Alvares; SANTOS, Carlos Alexandre dos. Ensaios dos
materiais, 2.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
GONZALES, C. H. Etude des comportements electro-thermomécaniques et de la
stabilization martensitique d’alliages monocristallins à mémoire de forme base cuive.
2002. 178p. Tese de doutorado – L’Institut National Dês Sciences Appliqees de Lyon, França.
2002.
HODGSON, D. E.; WU, M. H.; BIERMANN, R. J. Shape memory alloy.ASM Handbook,
v.2, p. 887-902, 1992.
LAGOUDAS, D. C. Shape Memory Alloys: Modeling and Engineering Applications. USA:
Springer, 2008. 435p.
OTSUKA, K.; WAYMAN, C. M. Shape Memory Materials. Reino Unido: Cambridge
University Press, 1998. 284 p.
PINA, Euclides Apolinário Cabral de. Estudo da estabilização na liga Cu-Al-Mn com
memória de forma. 2006. 69p. Dissertação em Engenharia Mecânica – Universidade Federal
de Pernambuco, Pernambuco. 2006.
SILVA JÚNIOR, M. Q. Estudo da liga Cu-11,8Al-XBe-0,3Ti (X = 0,5; 0,6; 0,7)
processadas termomecanicamente. 2010. 98p. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) -
UFPB, João Pessoa. 2010.
SOUZA, Marcos Motta de. Caracterização de uma liga com efeito memória de forma.
2005. 113p. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Rio de Janeiro. 2005.
SOUZA, Sérgio Augusto de. Ensaios mecânicos de materiais. Fundamentos teóricos e
práticos,5.ed.São Paulo: Edgard Blucher, 1982.
VILLARINHO, D. J. et al. Caracterização Parcial de Liga Nitinol atuador através de
pontos críticos de transformação de fases utilizando calorimetria diferencial de
varredura. Estudos Tecnológicos, Porto Alegre, Abril 2010. 10.
No documento
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
(páginas 37-45)